了解并使用新型室内外 LED 照明标准连接器

发光二极管 (LED) 彻底改变了室内外照明。这种固态照明 (SSL) 技术拥有出色的效率、可控性、色谱、热性能以及独特的外形，正将古老的爱迪生白炽灯泡（以及荧光灯、金属卤化物灯或钠蒸汽灯）淘汰出局。现在，大多数室内外新设计以及现有设计的升级改造，都会首先考虑 LED。不过，设计人员仍要小心。在快速创新的同时，也会出现一些隐患，比如非标连接和终端用户解决方案错配，这些都会造成负面的客户体验。

它彻底改变的不仅仅是光源本身。例如，LED 照明也在改变连接器的设计和外形及其固定装置（称为灯具），这些连接器是任何照明系统的必要组成部分，它们不接受交流线路电压，而是接受较低的直流电压，典型电流通常在 3 安培 (A) 至 7 A 之间。此外， LED 照明系统通常是支持数字可寻址照明接口 (DALI) 和 Zhaga 行业标准的控制网络的一部分，并作为智能家居或办公的关键一环提供智能、节能、高性能的照明。

因此，在进行 LED 照明系统设计之前，工程师有责任熟悉这些标准及其在现实世界连接器中的反映，因为新的设计正在迅速兴起。

本文简要回顾了为什么 LED 会如此普及，然后介绍并描述了这两种连接标准，以确保智能 LED 设计的互操作性、快速开发和轻松部署。最后介绍了 Amphenol ICC 的连接器，并作为相关标准及其应用的实际体现概述了这些连接器的使用情况。

为什么 LED 如此普及

LED 发展成为照明光源有很多促进因素：

• 成本降低推动产量提高，进而进一步推动成本降低、产量提高
• LED 作为光源的基本可靠性和寿命的增强
• 电路改进，主要是驱动这些 LED 的电源改进
• 智能控制装置甚至网络 I/O 的使用提高了对 LED 的控制便利性
• 以色温（开尔文）和显色指数 (CRI) 为特征的光学输出质量的改善
• 政府为提高照明效率以节约能源而采取的激励、标准和强制措施（据估计，照明占总能耗的 15% 至 20%）
• 行业和政府标准的制定，这些标准确保了 LED 光源之间的互操作性以及与智能控制器的兼容性。

最后一点尤为重要。传统白炽灯泡有一个重要的尺寸种类就是 "E26" 26 毫米 (mm) 直径的爱迪生螺口灯泡，这在美国和许多其他国家的住宅环境中几乎普遍使用（图 1），正被 LED 和荧光灯泡所取代，但程度还较小。当然还有其他尺寸，如 E12 底座，但 E26 是目前使用最广泛的。

图 1：26 mm E26 爱迪生底座是目前使用最广泛的灯泡底座，不过也有一些更小和更大的底座，可满足不同的应用需求。（图片来源：LOHAS LED Ltd.）

当然，标准化为单一底座和插口可以降低成本。同这种技术还催生出多种灯泡形状、功率水平以及围绕这种基础打造的其他属性，同时减少了对长期更换烧坏灯泡的担忧。早期几代 LED 灯泡采用 E26 底座，以兼容现有插口，让用户习惯于 LED 照明。这些 E26 LED 灯泡仍在广泛销售，因为目前有无数个这样的插口在使用，所以替代过程时间将会很长。

然而，与白炽灯相比，LED 在电流、电压（直流）和功耗方面有很大的不同，白炽灯泡通常使用 120/240 伏交流电供电。另外，E26 插口的导线往往有比较大的螺纹端子，这对于 LED 光源供电来说并不理想（图 2）。因此，为了让 LED 从系统层面到物理连接层面都能充分发挥其潜力，需要新的标准和连接器类型。

图 2：E26 插口接线所需的大螺纹端子影响了对 LED 光源的最佳利用。（图片来源：Family Handyman via Pinterest）

认识到现代照明接口标准的需求后，数字照明接口联盟 (DiiA) 开发了 DALI 标准。

DALI 标准重新定义了照明连接

DALI 是一个数字照明控制的专用协议，能够轻松实现牢固、可扩展和灵活的照明网络安装（图 3）。第一个版本 DALI-1 更适合用于荧光灯镇流器的数字控制、配置和查询，考虑 LED 的因素较少。它取代了现有 0/1 至 10 伏模拟控制方式的简单、单向、广播式操作。

图 3：DALI 标准的第一个版本定义了一个控制基础，将所有由并联市电交流电源线供电的设备联系起来。（图片来源：Omnialed）

该标准还包括一个广播选项，通过简单的重新配置，每个 DALI 设备可以被分配一个单独的地址，允许对单个设备进行数字控制。此外，DALI 设备还可以通过编程进行分组操作，这样就可以通过软件对照明系统进行重新配置，从而避免改变布线。

随着用户期望的增长以及 LED 技术的改进，促进了现在 DALI-2 标准的发展。DALI-2 不仅仅是一个行业标准，现在也是国际电工委员会的标准 (IEC 62386)。DALI-2 增加了许多新的命令和功能。DALI-1 只包括控制模式，而 DALI-2 则涵盖了控制设备，如应用控制器和输入设备（如传感器），以及总线电源。其重点放在不同厂商产品的互操作性上，并有 DALI-2 认证计划提供支持，以确认产品与规范的兼容性（图 4）。

图 4：与 DALI-1 相比，DALI-2 标准更多地考虑了 LED 的需求，同时也增加了新的命令和更新。（图片来源：DALI 联盟）

与所有的综合标准一样，DALI-2 也很复杂。简而言之，用单线对作为总线，DALI 网络上的每个设备都可以单独寻址。总线同时用于提供信号和电源，支持的电源能在 16 伏直流电压（典型值）下提供最高 250 毫安 (mA) 的电流。该标准支持由交流线路或直流电源轨供电的设备。

虽然有各种标准对超低电压 (ELV) 进行了定义，但 IEC 对 ELV 设备或电路的定义是：电导体与接地间的电势差不超过交流 50 伏或直流 120 伏。DALI 控制电缆被归类为 ELV 设备，因此只需要与交流市电保持基本绝缘；它可以跟市电线路或包括市电线路的多芯电缆一起走线。

超越 DALI-2：Zhaga 规范瞄准了灯具

DALI-2 等标准固然重要，但也只能到此为止。界定如何将标准与具体应用（如 LED 照明和灯具）联系起来不在其定义范围内。为解决这一问题，国际 Zhaga 联盟制定了 LED 灯具所用元器件的接口行业规范。该联盟是 IEEE 行业标准与技术组织的成员项目，截至 2019 年，已有 120 多家成员。

要搞清照明设备和灯具的区别，现在正是时候。照明工程协会 (IES) 照明手册、ANSI/NEMA 标准和 IEC 都使用了“灯具”一词。它于 2002 年被添加到《美国国家电气规范》(NEC) 手册中，其正式定义为“一个完整的照明单元，由一盏或多盏灯以及设计用于分配光线、定位和保护灯管以及将灯管连接到电源的零部件组成”。灯具包括灯和所有直接与照明装置的分布、定位和保护有关的零部件，具体不包括支撑部件，如臂、筋或杆；用于固定灯具的紧固件；控制或安全装置；或电源导线。灯具的形式多种多样，适用于各种场合，从功能严格的户外街道照明到室内办公照明，甚至是“时尚”的零售或家居照明。

“照明设备”在NEC中没有定义，一般是指用户心目中的任何东西，可能包括以下一些或全部要素：灯管（灯泡），或许带灯罩、灯球、透镜或漫射器、支架、灯杆或灯具配件，以及其他要素。

Zhaga 规范正式名称为 Books（规格书），针对电气、机械、光学、热学和通信接口，并允许组件的互操作性。通过遵守 Zhaga 规范，设计人员可以确保用户拥有可互操作、可更换或维修的组件，并确保 LED 灯具在安装后可在新技术出现时进行升级。

Zhaga Book 18 和 Book 20 对使用 LED 灯具的设计人员来说特别有用；前者侧重于户外设计，而后者则是针对室内应用。

• Zhaga Book 18：“户外灯具与传感/通信模块之间的智能接口”规定了电源和通信方面的内容，此外还规定了 1.0 版定义的连接系统的机械配合和电气引脚。它简化了应用模块的添加，如添加传感器和通信节点到 LED 灯具，并确保了即插即用的互操作性。
• Zhaga Book 20：“室内灯具与传感/通信模块的智能接口”定义了室内 LED 灯具与传感/通信节点的智能接口。该节点连接到 LED 驱动器和控制系统，通常可以提供传感器输入或实现网络组件之间的通信。节点可以在现场安装和更换。

连接器完成电路

当然，标准是至关重要的，而兼容性和互操作性是从物理接口及其连接器开始的（图 5）。DALI 规范和 Zhaga 标准的使用得到了广泛的连接器支持，这些连接器满足（甚至超过）其要求，同时为用户在不同场景下的操作提供了灵活性。

图 5：DALI 规范和 Zhaga 标准提供了一个完整的电缆和连接器连接路径，用于各种配置的电源到照明 LED 的电源和数据连接。（图片来源： Amphenol ICC）

针对室内使用，Zhaga Book 20 定义了智能建筑网络中传感器的可分离配接接口。Amphenol ICC FLM 系列符合 DALI 标准，可实现室内 LED 灯具和传感器或通信模块的“即插即用”操作性。事实上，Zhaga 联盟选择了 Amphenol FLM 系列作为 Zhaga Book 20 的标准。

Amphenol ICC FLM 系列的两个互补成员展示了 Book 20 的实际操作标准：FLM-P21-00 SSL 双触头连接器插座外壳用于插针触头电缆/电线到电缆/电线的连接，而 FLM-S21-00 双触点 SSL 插头外壳用于插口触头电缆/电线到电缆/电线的连接。其他表面贴装技术 (SMT) 型号具有直角和垂直配置，可实现设计灵活性（图 6）。

图 6：FLM-P21-00 插座外壳和与之配套的 FLM-S21-00 插头外壳是基本型两线 SSL 连接器。（图片来源： Amphenol ICC）

该系列的特性包括：

• 可分离接口采用“防呆”几何形状（意为“傻瓜式”或“防错式”），可确保正确对接
• 带有免工具插入式端子的可用插头
• 一体化扁平凹陷锁扣功能，提供 5 牛顿的最小固位力，以确保安全配接，同时又能轻松拆除。
• 插头可用卷轴提供，带有压接插座触头或插入式导线端子选件，允许大批量装配或易于现场装配/维修。

当然，很多目标 LED 应用并不像普通的室内环境那样容易搞定。FLH 系列线对线 IP67 级（密封和防水）连接器可以满足此类应用的要求，包括 FLH-P31-00（间距为 2.50 mm的三位矩形外壳插座）和配套的 FLH-S31-00 矩形外壳插头（图 7）；同时还提供多至六个触头的版本。

图 7：对于需要 IP67 防护等级的 LED 和其他连接器应用，FLH 系列提供了三线 FLH-P31-00 矩形外壳插座（左上角）和配套的 FLH-S31-00 矩形外壳插头（右上角），以及 2、3、4 和 6 针位版本。（图片来源： Amphenol ICC）

该系列连接器的密封和防水性能使其特别适合恶劣环境，可用于照明以及 HVAC、工业和智能家居等场合，同时其紧凑的设计也具有节省空间的优势。这些连接器中的触头规格可用于不同的线径和相应的电流：18 号美规 (AWG) 线，8 A；20 号 AWG 线，5 A；低至 22 号 AWG 线，3 A。

安装不仅仅事关电源连接器。为了完成设计项目，Amphenol 提供了其他关键组件，包括 FLA-2141-30，这是一种符合 ANSI C136-41 标准的插座，用于将道路、街道和停车场应用中的户外灯具连接到光电池，以实现调光功能（图 8）。除了这种两触头版本，还有无触头和四触头版本。

图 8：符合 ANSI 标准的 FLA-2141-30 调光插座用于在用户提供的调光器和灯具之间提供连接。该产品适用于由可用环境光控制的智能照明（所示为四触头变型）。（图片来源： Amphenol ICC）

为了实现更高级的传感器集成，可以添加一个 FLB-P 底座来代替光电池。这样一来，就可以在印刷电路板上加装传感器，实现其他各种功能，如运动检测、空气质量、声音检测等。然后可以通过添加 FLB-C 圆罩来保护整个组件。注意：这些产品不适合在室内使用。Amphenol 还提供了 FLB-C70-501-001 圆罩，这是一种 NEMA ANSI C136.41 半透明罩，直径 76 mm，高 130 mm，设计用于 FLB-P 底座。

FLA 系列调光插座可与符合 ANSI C136.10 标准的光电池或盖帽（开路或短路）一起使用。如需实现额外传感器集成，设计人员需要：

• FLA 插座
• FLB-P 底座
• 带传感器的电路板
• FLB-C 保护罩

最后，FLS-SB80-02 灯具扩展模块 (80 mm) 允许将调光组件提升到 FLA 系列插座上方，以连接调光和传感器模块。

结语

LED 照明已经极大地改变了工业、商业和住宅的室内外照明。它将能效、长寿命和灯具配置的灵活性近乎完美地结合在一起。为了简化和加速 LED 设计导入，Amphenol ICC 推出了各种系列的连接器，在满足室内外和 IP67 级要求的同时，也满足了 Zhaga 行业标准，从而提高了系统的兼容性和互操作性。

延伸阅读：

1. Amphenol LED 照明产品：室内外商业/工业照明
2. 符合 Zhaga Book 20 标准的 FLM 系列 | 规格书预览